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JP2745985B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

内燃機関の排気浄化装置

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Publication number
JP2745985B2
JP2745985B2 JP4216145A JP21614592A JP2745985B2 JP 2745985 B2 JP2745985 B2 JP 2745985B2 JP 4216145 A JP4216145 A JP 4216145A JP 21614592 A JP21614592 A JP 21614592A JP 2745985 B2 JP2745985 B2 JP 2745985B2
Authority
JP
Japan
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nox
sulfur
absorbent
exhaust gas
air
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP4216145A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH0666129A (ja
Inventor
雅人 後藤
哲郎 木原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP4216145A priority Critical patent/JP2745985B2/ja
Publication of JPH0666129A publication Critical patent/JPH0666129A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2745985B2 publication Critical patent/JP2745985B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/0807Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents
    • F01N3/0828Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents characterised by the absorbed or adsorbed substances
    • F01N3/0842Nitrogen oxides
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/0807Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents
    • F01N3/0871Regulation of absorbents or adsorbents, e.g. purging
    • F01N3/0885Regeneration of deteriorated absorbents or adsorbents, e.g. desulfurization of NOx traps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/021Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine
    • F02D41/0235Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus
    • F02D41/027Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus to purge or regenerate the exhaust gas treating apparatus
    • F02D41/0275Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus to purge or regenerate the exhaust gas treating apparatus the exhaust gas treating apparatus being a NOx trap or adsorbent
    • F02D41/028Desulfurisation of NOx traps or adsorbent
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/14Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having thermal insulation
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01N2240/00Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
    • F01N2240/16Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being an electric heater, i.e. a resistance heater
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01N2570/04Sulfur or sulfur oxides

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の排気浄化装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】リーン混合気を燃焼せしめるようにした
内燃機関において、流入排気ガスの空燃比がリーンのと
きにはNOx を吸収し、流入排気ガス中の酸素濃度が低
下すると吸収したNOx を放出するNOx 吸収剤を機関
排気通路内に配置し、リーン混合気を燃焼せしめた際に
発生するNOx をNOx 吸収剤により吸収し、NOx 吸
収剤のNOx 吸収能力が飽和する前にNOx 吸収剤への
流入排気ガスの空燃比を一時的にリッチにしてNOx 吸
収剤からNOx を放出させると共に放出されたNOx を
還元するようにした内燃機関が本出願人により既に提案
されている(特願平3−284095号参照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが燃料および機
関の潤滑油内にはイオウが含まれているので排気ガス中
にはイオウが含まれており、このイオウもNOx と共に
NOx 吸収剤に吸収される。しかしながらこのイオウは
NOx 吸収剤への流入排気ガスの空燃比をリッチにして
もNOx 吸収剤から放出されず、従ってNOx 吸収剤内
のイオウの量は次第に増大することになる。ところがN
Ox 吸収剤内のイオウの量が増大するとNOx 吸収剤が
吸収しうるNOx の量が次第に低下し、ついにはNOx
吸収剤がNOx をほとんど吸収できなくなるという問題
を生ずる。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明によれば、流入排気ガスの空燃比がリーンの
ときにはNOx を吸収し、流入排気ガス中の酸素濃度が
低下すると吸収したNOx を放出するNOx 吸収剤を機
関排気通路内に配置した内燃機関において、NOx 吸収
剤のイオウ吸収量を推定するイオウ吸収量推定手段と、
このイオウ吸収量推定手段により推定されたイオウ吸収
量が予め定められた設定量を越えたときにはNOx 吸収
剤からイオウを放出させるイオウ放出手段とを具備して
いる。
【0005】
【作用】機関から排出されてNOx 吸収剤に吸収された
イオウの吸収量が設定量を越えるとNOx 吸収剤からイ
オウが放出され、それによってNOx 吸収剤のNOx 吸
収能力が回復される。
【0006】
【実施例】図1を参照すると、1は機関本体、2はピス
トン、3は燃焼室、4は点火栓、5は吸気弁、6は吸気
ポート、7は排気弁、8は排気ポートを夫々示す。吸気
ポート6は対応する枝管9を介してサージタンク10に
連結され、各枝管9には夫々吸気ポート6内に向けて燃
料を噴射する燃料噴射弁11が取付けられる。サージタ
ンク10は吸気ダクト12およびエアフローメータ13
を介してエアクリーナ14に連結され、吸気ダクト12
内にはスロットル弁15が配置される。一方、排気ポー
ト8は排気マニホルド16および排気管17を介してN
Ox 吸収剤18を内蔵したケーシング19に接続され、
NOx 吸収剤18の上流に位置する排気管17周りには
排気管17内を流れる排気ガスを加熱するための電気ヒ
ータ20が配置される。
【0007】電子制御ユニット30はディジタルコンピ
ュータからなり、双方向性バス31によって相互に接続
されたROM(リードオンリメモリ)32、RAM(ラ
ンダムアクセスメモリ)33、常時電力が供給されてい
るバックアップRAM33a、CPU(マイクロプロセ
ッサ)34、入力ポート35および出力ポート36を具
備する。エアフローメータ13は吸入空気量に比例した
出力電圧を発生し、この出力電圧がAD変換器37を介
して入力ポート35に入力される。機関本体1には機関
冷却水温に比例した出力電圧を発生する水温センサ21
が取付けられ、この水温センサ21の出力電圧がAD変
換器38を介して入力ポート35に入力される。また、
入力ポート35には機関回転数を表わす出力パルスを発
生する回転数センサ22および車両速度に比例した周期
で出力パルスを発生する速度センサ23が接続される。
一方、出力ポート36は対応する駆動回路39,40,
41を介して夫々点火栓4、燃料噴射弁11および電気
ヒータ20に接続される。
【0008】図1に示す内燃機関では例えば次式に基づ
いて燃料噴射時間TAUが算出される。 TAU=TP・K ここでTPは基本燃料噴射時間を示しており、Kは補正
係数を示している。基本燃料噴射時間TPは機関シリン
ダ内に供給される混合気の空燃比を理論空燃比とするの
に必要な燃料噴射時間を示している。この基本燃料噴射
時間TPは予め実験により求められ、機関負荷Q/N
(吸入空気量Q/機関回転数N)および機関回転数Nの
関数として図2に示すようなマップの形で予めROM3
2内に記憶されている。補正係数Kは機関シリンダ内に
供給される混合気の空燃比を制御するための係数であっ
てK=1.0であれば機関シリンダ内に供給される混合
気は理論空燃比となる。これに対してK<1.0になれ
ば機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比は理論空
燃比よりも大きくなり、即ちリーンとなり、K>1.0
になれば機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比は
理論空燃比よりも小さくなる、即ちリッチとなる。図1
に示す内燃機関では通常K<1.0、例えばK=0.6
とされ、即ち燃焼室3内に供給される混合気の空燃比は
リーンとされ、従って燃焼室3内ではリーン混合気が燃
焼せしめられることになる。
【0009】図3は燃焼室3から排出される排気ガス中
の代表的な成分の濃度を概略的に示している。図3から
わかるように燃焼室3から排出される排気ガス中の未燃
HC,COの量は燃焼室3内に供給される混合気の空燃
比がリッチになるほど増大し、燃焼室3から排出される
排気ガス中の酸素O2 の量は燃焼室3内に供給される混
合気の空燃比がリーンになるほど増大する。
【0010】ケーシング19内に収容されているNOx
吸収剤18は例えばアルミナを担体とし、この担体上に
例えばカリウムK,ナトリウムNa ,リチウムLi ,セ
シウムCs のようなアルカリ金属、バリウムBa ,カル
シウムCa のようなアルカリ土類、ランタンLa ,イッ
トリウムYのような希土類から選ばれた少なくとも一つ
と、白金Pt のような貴金属とが担持されている。機関
吸気通路およびNOx吸収剤18上流の排気通路内に供
給された空気および燃料の比をNOx 吸収剤18への流
入排気ガスの空燃比と称するとこのNOx 吸収剤18の
流入排気ガスの空燃比がリーンのときにはNOx を吸収
し、流入排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したN
Ox を放出するNOx の吸放出作用を行う。なお、NO
x 吸収剤18上流の排気通路内に燃料或いは空気が供給
されない場合には流入排気ガスの空燃比は燃焼室3内に
供給される混合気の空燃比に一致し、従ってこの場合に
はNOx 吸収剤18は燃焼室3内に供給される混合気の
空燃比がリーンのときにはNOx を吸収し、燃焼室3内
に供給される混合気中の酸素濃度が低下すると吸収した
NOx を放出することになる。
【0011】上述のNOx 吸収剤18を機関排気通路内
に配置すればこのNOx 吸収剤18は実際にNOx の吸
放出作用を行うがこの吸放出作用の詳細なメカニズムに
ついては明らかでない部分もある。しかしながらこの吸
放出作用は図4に示すようなメカニズムで行われている
ものと考えられる。次にこのメカニズムについて担体上
に白金Pt およびバリウムBa を担持させた場合を例に
とって説明するが他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ
土類、希土類を用いても同様なメカニズムとなる。
【0012】即ち、流入排気ガスがかなりリーンになる
と流入排気ガス中の酸素濃度が大巾に増大し、図4(A)
に示されるようにこれら酸素O2 がO2 - の形で白金P
t の表面に付着する。一方、流入排気ガス中のNOは白
金Pt の表面上でO2 - と反応し、NO2 となる(2N
O+O2 →2NO2 ) 。次いで生成されたNO2 の一部
は白金Pt上で更に酸化されつつ吸収剤内に吸収されて
酸化バリウムBa Oと結合しながら、図4(A) に示され
るように硝酸イオンNO3 - の形で吸収剤内に拡散す
る。このようにしてNOx がNOx 吸収剤18内に吸収
される。
【0013】流入排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金
Pt の表面でNO2 が生成され、吸収剤のNOx 吸収能
力が飽和しない限りNO2 が吸収剤内に吸収されて硝酸
イオンNO3 - が生成される。これに対して流入排気ガ
ス中の酸素濃度が低下してNO2 の生成量が低下すると
反応が逆方向(NO3 - →NO2 )に進み、斯くして吸
収剤内の硝酸イオンNO3 - がNO2 の形で吸収剤から
放出される。即ち、流入排気ガス中の酸素濃度が低下す
るとNOx 吸収剤18からNOx が放出されることにな
る。図3に示されるように流入排気ガスのリーンの度合
が低くなれば流入排気ガス中の酸素濃度が低下し、従っ
て流入排気ガスのリーンの度合を低くすればNOx 吸収
剤18からNOx が放出されることになる。
【0014】一方、このとき流入排気ガスの空燃比をリ
ッチにすると図3に示されるように機関からは多量の未
燃HC,COが排出され、これら未燃HC,COは白金
Pt上の酸素O2 - と反応して酸化せしめられる。ま
た、流入排気ガスの空燃比をリッチにすると流入排気ガ
ス中の酸素濃度が極度に低下するために吸収剤からNO
2 が放出され、このNO2 は図4(B) に示されるように
未燃HC,COと反応して還元せしめられる。このよう
にして白金Pt の表面上にNO2 が存在しなくなると吸
収剤から次から次へとNO2 が放出される。従って流入
排気ガスの空燃比をリッチにすると短時間のうちにNO
x 吸収剤18からNOx が放出されることになる。
【0015】このように流入排気ガスの空燃比がリーン
になるとNOx がNOx 吸収剤18に吸収され、流入排
気ガスの空燃比をリッチにするとNOx がNOx 吸収剤
18から短時間のうちに放出される。従って図1に示す
内燃機関ではNOx 吸収剤18のNOx 吸収量が一定量
以上になったときに機関シリンダ内に供給される混合気
の空燃比を一時的にリッチにしてNOx 吸収剤18から
NOx を放出させるようにしている。
【0016】ところが流入排気ガス中にはイオウが含ま
れており、NOx 吸収剤18にはNOx ばかりでなくイ
オウも吸収される。このNOx 吸収剤18へのイオウの
吸収メカニズムはNOx の吸収メカニズムと同じである
と考えられる。即ち、NOx の吸収メカニズムを説明し
たときと同様に担体上に白金Pt およびバリウムBa を
担持させた場合を例にとって説明すると、前述したよう
に流入排気ガスの空燃比がリーンのときには酸素O2
2 - の形で白金Pt の表面に付着しており、流入排気
ガス中のSO2 は白金Pt の表面でO2 - と反応してS
3 となる。次いで生成されたSO3 は白金Pt上で更
に酸化されつつ吸収剤内に吸収されて酸化バリウムBa
Oと結合しながら、硫酸イオンSO4 2- の形で吸収剤内
に拡散する。次いでこの硫酸イオンSO4 2- はバリウム
イオンBa2+ と結合して硫酸塩Ba SO4 を生成する。
【0017】しかしながらこの硫酸塩Ba SO4 は分解
しずらく、流入排気ガスの空燃比をリッチにしても硫酸
塩Ba SO4 は分解されずにそのまま残る。従ってNO
x 吸収剤18内には時間が経過するにつれて硫酸塩Ba
SO4 が増大することになり、斯くして時間が経過する
につれてNOx 吸収剤18が吸収しうるNOx 量が低下
することになる。
【0018】ところがNOx吸収剤18内で生成された
硫酸塩BaSO4 はNOx吸収剤18の温度が高くなる
と分解して硫酸イオンSO4 2- がSO3 の形で吸収剤か
ら放出される。そこで本発明による実施例ではNOx吸
収剤18内にイオウが一定量以上吸収されたときに排気
管17周りに配置した電気ヒータ20を加熱してNOx
吸収剤18に流入する排気ガスの温度を上昇させ、それ
によってNOx吸収剤18からイオウを放出させるよう
にしている。このとき流入排気ガスの空燃比をリッチに
すれば放出されたSO3 が未燃HC,COによってただ
ちに還元せしめられるが流入排気ガスの空燃比を理論空
燃比にしても放出されたSO3 が未燃HC,COによっ
還元せしめられる。流入排気ガスの空燃比をリッチに
するか理論空燃比にするかは単位時間当りにNOx吸収
剤18から放出されるイオウの量によるが、即ち電気ヒ
ータ20の加熱量によるが本発明による実施例では電気
ヒータ20を700℃程度に加熱し、流入排気ガスの空
燃比を理論空燃比にするようにしている。
【0019】このような電気ヒータ20の加熱作用はN
Ox 吸収剤18内にイオウが一定量以上吸収されたとき
に行われるがNOx 吸収剤18内に実際に吸収されたイ
オウの量を検出するのは困難であり、従ってNOx 吸収
剤18に吸収されているイオウの量は推定せざるを得な
い。ところがNOx 吸収剤18に吸収されるイオウの量
は車両の走行距離に依存しており、従って車両の走行距
離からNOx 吸収剤18に吸収されているイオウの量を
推定できることになる。
【0020】図5は実験により求められたイオウの吸収
量と車両の走行距離との関係を示している。図5におい
てS0 は車両の累積走行距離を示しており、SはNOx
吸収剤18からイオウが放出された後の車両の走行距離
を示している。また曲線f(S0) はNOx 吸収剤18の
吸収容量の80パーセントをイオウが占めるときを示し
ている。新品の車両が運転されたときには両走行距離S
0 およびSは等しくなっており、本発明による実施例で
は両走行距離S0 ,Sが鎖線で示すように増大して曲線
f(S0) に達したときに第1回目のNOx 吸収剤18か
らのイオウの放出作用が行われる。イオウの放出作用が
行われると鎖線で示すように走行距離Sは零とされ、次
いで累積走行距離S0 と走行距離Sにより定まる点が曲
線f(S0) に達すると第2回目のイオウの放出作用が行
われる。同様にしてイオウの放出作用が順次行われる。
なお、図5に示す曲線f(S0) と走行距離S0 ,Sとの
関係は予めROM32内に記憶されている。
【0021】次に図6および図7を参照して本発明によ
るイオウ放出制御の第1実施例について説明する。図6
は時間割込みルーチンを示しており、まず初めにステッ
プ100において前回の割込み時から今回の割込み時ま
での走行距離ΔSが速度センサ23の出力パルスから算
出され、この走行距離ΔSが累積走行距離S0 に加算さ
れる。次いでステップ101では走行距離SにΔSが加
算される。ステップ100および101で算出された各
走行距離S0 ,SはバックアップRAM33a内に記憶
される。次いでステップ102では各走行距離S0 ,S
により定まる点が図5の曲線f(S0) を越えたか否かが
判別され、越えていないときにはステップ103に進
む。
【0022】ステップ103ではNOx 吸収剤18に吸
収されているNOx 量Wが算出される。即ち、燃焼室3
から排出されるNOx 量は吸入空気量Qが多くなるほど
増大し、機関負荷Q/Nが高くなるほど増大するのでN
Ox 吸収剤18に吸収されているNOx 量WはWとk・
Q・Q/N (kは定数)との和によって表わされることに
なる。次いでステップ104ではNOx 吸収剤18に吸
収されているNOx 量Wが予め定められた設定量W0
りも大きいか否かが判別される。この設定量W 0 は例え
ばNOx 吸収剤18が吸収しうる最大NOx 量の30パ
ーセント程度である。W≦W0 であれば処理サイクルを
完了し、W>W0 であればステップ105に進んでNO
x 放出フラグがセットされる。
【0023】次いでステップ106ではNOx 放出フラ
グがセットされてから一定時間、例えば3秒間が経過し
たか否かが判別され、3秒間経過したときにはステップ
107に進んでNOx 放出フラグがリセットされる。N
Ox 放出フラグがセットされている間は後述するように
燃焼室3内に供給される混合気がリッチとされ、従って
混合気は3秒間リッチにされることになる。この間にN
Ox 吸収剤18に吸収されているNOx が放出される。
次いでステップ108ではNOx 吸収剤18に吸収され
ているNOx 量Wが零とされる。このNOx の放出作用
は比較的短い時間間隔で行われる。
【0024】一方、ステップ102において走行距離S
0 ,Sにより定まる点が図5の曲線f(S0) を越えたと
判断されたとき、即ちNOx 吸収剤18の吸収容量の8
0パーセントがイオウで占められたと判断されたときに
はステップ109に進んでイオウ放出フラグがセットさ
れ、次いでステップ110では電気ヒータ20への通電
が開始される。次いでステップ111ではイオウ放出フ
ラグがセットされかつ通電が開始されてから一定時間、
例えば10分が経過したか否かが判別され、10分が経
過したときにはステップ112に進んでイオウ放出フラ
グがリセットされ、次いでステップ113において電気
ヒータ20への通電が停止される。
【0025】イオウ放出フラグがセットされている間は
後述するように燃焼室3内に供給される混合気が理論空
燃比とされ、従って混合気は10分間理論空燃比とさ
れ、電気ヒータ20は10分間通電されることになる。
この間にNOx 吸収剤18に吸収されているイオウが放
出され、同時にNOx 吸収剤18に吸収されているNO
x も放出される。次いでステップ114では走行距離S
が零とされ、NOx 吸収剤18に吸収されているNOx
量Wが零とされる。
【0026】図7は燃料噴射時間TAUの算出ルーチン
を示しており、このルーチンは繰り返し実行される。図
7を参照するとまず初めにステップ150において図2
に示すマップから基本燃料噴射時間TPが算出される。
次いでステップ151ではイオウ放出フラグがセットさ
れているか否かが判別される。イオウ放出フラグがセッ
トされていないときにはステップ152に進んでNOx
放出フラグがセットされているか否かが判別される。N
Ox 放出フラグがセットされていないときにはステップ
153に進んで補正係数Kが例えば0.6とされ、次い
でステップ154では基本燃料噴射時間TPに補正係数
Kを乗算することによって燃料噴射時間TAUが算出さ
れる。従ってこのときには燃焼室3内に供給される混合
気はリーンとなり、従ってリーン混合気が燃焼せしめら
れる。
【0027】一方、NOx 放出フラグがセットされると
ステップ152からステップ155に進んで補正係数K
が例えば1.3とされ、次いでステップ154に進む。
従ってこのときには燃焼室3内に供給される混合気はリ
ッチとなる。これに対してイオウ放出フラグがセットさ
れるとステップ151からステップ156に進んで補正
係数Kが1.0とされ、次いでステップ154に進む。
従ってこのときには燃焼室3内に供給される混合気は理
論空燃比となる。
【0028】図8および図9に別の実施例を示す。図8
を参照するとこの実施例ではNOx吸収剤18の入口部
に第1のNOx 濃度センサ23が取付けられ、NOx 吸
収剤18の出口部に第2のNOx 濃度センサ24が取付
けられる。これらの各NOx濃度センサ23,24はN
Ox 濃度に比例した出力電圧を発生し、これら出力電圧
は夫々対応するAD変換器42,43を介して入力ポー
ト35に入力される。NOx 吸収剤18の吸収容量の大
部分をイオウが占めるとNOx 吸収剤18によるNOx
吸収能力が低下し、斯くしてNOx 吸収剤18に流入し
たNOx の一部はNOx 吸収剤18により吸収されるこ
となくNOx 吸収剤18から排出される。従ってこの実
施例では第1NOx 濃度センサ23により検出されたN
Ox 吸収剤18の入口部におけるNOx 濃度C1 と第2
NOx 濃度センサ24により検出されたNOx 吸収剤1
8の出口部におけるNOx 濃度C2 の差ΔC(=C1
2 )を算出すると共にこの差ΔCの例えば一分間の平
均値ΔCm (=1/n ΣΔC)を算出し、この平均値ΔCm
が設定値C0 、例えば入口部のNOx 濃度C1 の50パ
ーセントよりも低いときにはNOx 吸収剤18の吸収容
量の大部分をイオウが占めていると判断して混合気を理
論空燃比にすると共に電気ヒータ20に通電するように
している。
【0029】図9は時間割込みルーチンを示す。なお、
この実施例においても燃料噴射時間TAUは図7に示す
ルーチンにより算出される。図9を参照するとまず初め
にステップ200においてイオウ放出フラグがセットさ
れているか否かが判別される。イオウ放出フラグがセッ
トされていないときにはステップ201に進んでイオウ
吸収量の検出条件が成立しているか否かが判別される。
例えば機関始動後初めて混合気がリーンとなり、その後
1分間以上リーン状態が継続したときにはイオウ吸収量
の検出条件が成立していると判断される。イオウ吸収量
の検出条件が成立していないときにはステップ205に
進み、イオウ吸収量の検出条件が成立しているときには
ステップ202に進む。
【0030】ステップ202では第1NOx 濃度センサ
23により検出されたNOx 濃度C 1 と第2NOx 濃度
センサ24により検出されたNOx 濃度C2 との差ΔC
(=C1 −C2 )が算出される。次いでステップ203
ではn回割込みが行われる間の差ΔCの平均値ΔCm (=
1/n ΣΔC)が算出される。次いでステップ204では
平均値ΔCm が設定値C0 よりも小さいか否かが判別さ
れ、ΔCm ≧C0 のときにはステップ205に進む。
【0031】ステップ205ではNOx 吸収剤18に吸
収されているNOx 量Wが算出される。次いでステップ
206ではNOx 吸収剤18に吸収されているNOx 量
Wが予め定められた設定量W0 よりも大きいか否かが判
別される。この設定量W0 は例えばNOx 吸収剤18が
吸収しうる最大NOx 量の30パーセント程度である。
W≦W0 であれば処理サイクルを完了し、W>W0 であ
ればステップ207に進んでNOx 放出フラグがセット
される。
【0032】次いでステップ208ではNOx 放出フラ
グがセットされてから一定時間、例えば3秒間が経過し
たか否かが判別され、3秒間経過したときにはステップ
209に進んでNOx 放出フラグがリセットされる。N
Ox 放出フラグがセットされている間は前述したように
燃焼室3内に供給される混合気がリッチとされ、従って
混合気は3秒間リッチにされることになる。この間にN
Ox 吸収剤18に吸収されているNOx が放出される。
次いでステップ210ではNOx 吸収剤18に吸収され
ているNOx 量Wが零とされる。このNOx の放出作用
は比較的短い時間間隔で行われる。
【0033】一方、ステップ204においてΔCm <C
0 であると判断されたとき、即ちNOx 吸収剤18の吸
収容量の大部分がイオウで占められたと判断されたとき
にはステップ211に進んでイオウ放出フラグがセット
され、次いでステップ212では電気ヒータ20への通
電が開始される。次いでステップ213ではイオウ放出
フラグがセットされかつ通電が開始されてから一定時
間、例えば10分が経過したか否かが判別され、10分
が経過していないときには処理サイクルを完了する。イ
オウ放出フラグがセットされると次の処理サイクルでは
ステップ200からステップ213にジャンプする。
【0034】ステップ213においてイオウ放出フラグ
がセットされかつ電気ヒータ20への通電が開始されて
から10分が経過したと判断されたときにはステップ2
14に進んでイオウ放出フラグがリセットされ、次いで
ステップ215において電気ヒータ20への通電が停止
される。イオウ放出フラグがセットされている間は前述
したように燃焼室3内に供給される混合気が理論空燃比
とされ、従って混合気は10分間理論空燃比とされ、電
気ヒータ20は10分間通電されることになる。この間
にNOx 吸収剤18に吸収されているイオウが放出さ
れ、同時にNOx 吸収剤18に吸収されているNOx も
放出される。次いでステップ216ではNOx 吸収剤1
8に吸収されているNOx 量Wが零とされる。
【0035】なお、この実施例ではNOx 吸収剤18の
入口部におけるNOx 濃度C1 を第1NOx 濃度センサ
23により検出するようにしているがNOx 吸収剤18
の入口部におけるNOx 濃度C1 は機関負荷Q/Nと機
関回転数Nの関数となる。従ってNOx 吸収剤18の入
口部におけるNOx 濃度C1 を機関負荷Q/Nと機関回
転数Nの関数として予め実験により求めておき、これら
の関係を図12に示すようなマップの形で予めROM3
2内に記憶しておいてこのマップからNOx 濃度C1
求めるようにすることもできる。この場合には第1NO
x 濃度センサ23を設ける必要がなくなる。
【0036】図10および図11に更に別の実施例を示
す。図10を参照するとこの実施例ではNOx 吸収剤1
8の入口部に第1の温度センサ25が取付けられ、NO
x 吸収剤18の出口部に第2の温度センサ26が取付け
られる。これらの各温度センサ25,26は排気ガス温
に比例した出力電圧を発生し、これら出力電圧は夫々対
応するAD変換器44,45を介して入力ポート35に
入力される。
【0037】前述したようにNOx がNOx 吸収剤18
内に吸収されるときにはNOx が酸化されるためにこの
酸化熱によってNOx 吸収剤18の出口部の排気ガス温
はNOx 吸収剤18の入口部の排気ガス温よりもかな
り、例えば100℃程度高くなる。しかしながらNOx
吸収剤18の吸収容量の大部分をイオウが占めるとNO
x 吸収剤18によるNOx 吸収能力が低下し、斯くして
NOx の酸化熱の発生量が少なくなるためにNOx 吸収
剤18の出口部の排気ガス温が低下する。従ってこの実
施例では第1温度センサ25により検出されたNOx 吸
収剤18の入口部における排気ガス温t1 と第2温度セ
ンサ26により検出されたNOx 吸収剤18の出口部に
おける排気ガス温t2 の差Δt(=t2 −t1 )を算出
すると共にこの差Δtの例えば一分間の平均値Δtm (=
1/n ΣΔt)を算出し、この平均値Δtm が設定値
0 、例えば50℃よりも低いときにはNOx 吸収剤1
8の吸収容量の大部分をイオウが占めていると判断して
混合気を理論空燃比にすると共に電気ヒータ20に通電
するようにしている。
【0038】図11は時間割込みルーチンを示す。な
お、この実施例においても燃料噴射時間TAUは図7に
示すルーチンにより算出される。図11を参照するとま
ず初めにステップ300においてイオウ放出フラグがセ
ットされているか否かが判別される。イオウ放出フラグ
がセットされていないときにはステップ301に進んで
イオウ吸収量の検出条件が成立しているか否かが判別さ
れる。例えば機関始動後始めて混合気がリーンとなり、
その後1分間以上リーン状態が継続したときにはイオウ
吸収量の検出条件が成立していると判断される。イオウ
吸収量の検出条件が成立していないときにはステップ3
05に進み、イオウ吸収量の検出条件が成立していると
きにはステップ302に進む。
【0039】ステップ302では第1温度センサ25に
より検出された排気ガス温t1 と第2温度センサ26に
より検出された排気ガス温t2 との差Δt(=t2 −t
1 )が算出される。次いでステップ303ではn回割込
みが行われる間の差Δtの平均値Δtm (=1/n ΣΔt)
が算出される。次いでステップ304では平均値Δt m
が設定値t0 よりも小さいか否かが判別され、Δtm
0 のときにはステップ305に進む。
【0040】ステップ305ではNOx 吸収剤18に吸
収されているNOx 量Wが算出される。次いでステップ
306ではNOx 吸収剤18に吸収されているNOx 量
Wが予め定められた設定量W0 よりも大きいか否かが判
別される。この設定量W0 は例えばNOx 吸収剤18が
吸収しうる最大NOx 量の30パーセント程度である。
W≦W0 であれば処理サイクルを完了し、W>W0 であ
ればステップ307に進んでNOx 放出フラグがセット
される。
【0041】次いでステップ308ではNOx 放出フラ
グがセットされてから一定時間、例えば3秒間が経過し
たか否かが判別され、3秒間経過したときにはステップ
309に進んでNOx 放出フラグがリセットされる。N
Ox 放出フラグがセットされている間は前述したように
燃焼室3内に供給される混合気がリッチとされ、従って
混合気は3秒間リッチにされることになる。この間にN
Ox 吸収剤18に吸収されているNOx が放出される。
次いでステップ310ではNOx 吸収剤18に吸収され
ているNOx 量Wが零とされる。このNOx の放出作用
は比較的短い時間間隔で行われる。
【0042】一方、ステップ304においてΔtm <t
0 であると判断されたとき、即ちNOx 吸収剤18の吸
収容量の大部分がイオウで占められたと判断されたとき
にはステップ311に進んでイオウ放出フラグがセット
され、次いでステップ312では電気ヒータ20への通
電が開始される。次いでステップ313ではイオウ放出
フラグがセットされかつ通電が開始されてから一定時
間、例えば10分が経過したか否かが判別され、10分
が経過していないときには処理サイクルを完了する。イ
オウ放出フラグがセットされると次の処理サイクルでは
ステップ300からステップ313にジャンプする。
【0043】ステップ313においてイオウ放出フラグ
がセットされかつ電気ヒータ20への通電が開始されて
から10分が経過したと判断されたときにはステップ3
14に進んでイオウ放出フラグがリセットされ、次いで
ステップ315において電気ヒータ20への通電が停止
される。イオウ放出フラグがセットされている間は前述
したように燃焼室3内に供給される混合気が理論空燃比
とされ、従って混合気は10分間理論空燃比とされ、電
気ヒータ20は10分間通電されることになる。この間
にNOx 吸収剤18に吸収されているイオウが放出さ
れ、同時にNOx 吸収剤18に吸収されているNOx も
放出される。次いでステップ316ではNOx 吸収剤1
8に吸収されているNOx 量Wが零とされる。
【0044】なお、この実施例ではNOx 吸収剤18の
入口部における排気ガス温t1 を第1温度センサ25に
より検出するようにしているがNOx 吸収剤18の入口
部における排気ガス温t1 は機関負荷Q/Nと機関回転
数Nの関数となる。従ってNOx 吸収剤18の入口部に
おける排気ガス温t1 を機関負荷Q/Nと機関回転数N
の関数として予め実験により求めておき、これらの関係
を図13に示すようなマップの形で予めROM32内に
記憶しておいてこのマップから排気ガス温t1を求める
ようにすることもできる。この場合には第1温度センサ
25を設ける必要がなくなる。
【0045】
【発明の効果】NOx 吸収剤に吸収されたイオウを放出
させることができるのでNOx 吸収剤のNOx 吸収能力
を長期間に亙って維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】内燃機関の全体図である。
【図2】基本燃料噴射時間のマップを示す図である。
【図3】機関から排出される排気ガス中の未燃HC,C
Oおよび酸素の濃度を概略的に示す線図である。
【図4】NOx の吸放出作用を説明するための図であ
る。
【図5】イオウの吸収量を示す線図である。
【図6】割込みルーチンのフローチャートである。
【図7】燃料噴射時間TAUを算出するためのフローチ
ャートである。
【図8】内燃機関の別の実施例の全体図である。
【図9】割込みルーチンのフローチャートである。
【図10】内燃機関の更に別の実施例の全体図である。
【図11】割込みルーチンのフローチャートである。
【図12】NOx 濃度C1 のマップを示す図である。
【図13】排気ガス温t1 のマップを示す図である。
【符号の説明】
17…排気管 18…NOx 吸収剤 20…電気ヒータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI // F02D 41/14 310 F02D 41/14 310D

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 流入排気ガスの空燃比がリーンのときに
    はNOx を吸収し、流入排気ガス中の酸素濃度が低下す
    ると吸収したNOx を放出するNOx 吸収剤を機関排気
    通路内に配置した内燃機関において、該NOx 吸収剤の
    イオウ吸収量を推定するイオウ吸収量推定手段と、該イ
    オウ吸収量推定手段により推定されたイオウ吸収量が予
    め定められた設定量を越えたときには該NOx 吸収剤か
    らイオウを放出させるイオウ放出手段とを具備した内燃
    機関の排気浄化装置。
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